JPH0764255B2

JPH0764255B2 - 車両用換気装置

Info

Publication number: JPH0764255B2
Application number: JP3148341A
Authority: JP
Inventors: 宗鹿嶌; 一山田; 史仁木村
Original assignee: Railway Technical Research Institute; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Railway Technical Research Institute; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1995-07-12
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPH04372456A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば鉄道車両の客
室などの換気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の先行技術は、図２０に示されてい
る。新幹線用車両などにおいて、車室である客室１に外
気を取入れる給気装置２と、客室１内の汚れた空気を車
外へ排出する排気装置３とが設けられ、また給気装置２
と客室１との間に、空気調和装置４が介在されて、給気
装置２によって導入した外気の温度を調整する。便所用
の排気装置が別途設けられることもある。給気装置２と
排気装置３とは、モータによつてファンを駆動する構成
を有する。給排気装置２，３を一体化し、１台の両軸の
モータで、給気用と排気用の各ファンを駆動する構成と
なっていることもある。給気量と排気量の調整は、排気
装置３の出口に設けられる固定絞り５によって行い、こ
の絞り５は給気側に設けられることもある。

【０００３】このような先行技術において、客室１が車
外に連通しているので、車両が高速度でトンネル内を走
行したり、トンネル内ですれ違うとき、客室内、すなわ
ち車内の圧力が急変し、乗客および乗員には、「耳つ
ん」と称されるように、耳に不快感を与える。その理由
は、車両が高速度でトンネル内を走行したり、トンネル
内ですれ違うとき、車外の圧力が急激に変化し、この影
響によって、車内圧力が急激に変化するからであるとい
うことが知られている。

【０００４】この問題を解決する第２の先行技術は、図
２１に示されている。この先行技術は図２０に示される
第１の先行技術に類似しており、対応する部分には同一
の参照符を付す。この先行技術ではさらに、給排気装置
２，３に直列に締切り装置であるダンパ６，７がそれぞ
れ設けられる。ダンパ６，７は、アクチュエータ８，９
によって駆動され，全開位置と全閉位置とをとることが
できる。アクチュエータ８，９は、空気圧シリンダと、
その空気圧シリンダに圧縮空気を供給する電磁弁との組
合せによって実現され、制御回路１０からの信号によっ
て電磁弁の接続状態を切換え、空気圧シリンダを作動さ
せて、ダンパ６，７を駆動する。アクチュエータ８，９
は、空気圧シリンダの代りに、モータまたは油圧シリン
ダなどであることもある。トンネルセンサ１１は、トン
ネルを検出する。

【０００５】トンネル外である明り区間を、車両が通行
しているときには、ダンパ６，７は全開位置にあり、客
室１は給気装置２と排気装置３とによって、正常に換気
されている。

【０００６】車両がトンネルに入ると、トンネルセンサ
１１がそれを検出し、制御装置１０はトンネルセンサ１
１の出力に応答し、アクチュエータ８，９を動作させ、
ダンパ６，７を全閉位置とする。給排気装置２，３のフ
ァンは常に運転中であり、ダンパ６，７が全閉位置とな
ると、客室１は外気と遮断される。車両がトンネルに入
ると、車外圧力、したがって車内圧力が低下するので、
この圧力を検出する圧力計を、トンネルセンサの代りに
用いる先行技術もある。

【０００７】このような図２１に示される先行技術で
は、トンネル内で車両がすれ違っても、車外の圧力変化
は、車内には及ばず、したがって乗客、乗員の耳に不快
感を起こすことがなくなる。この反面、トンネルが長く
なったり、また明り区間の短いトンネルが連続するよう
な場合、客室１内は、ダンパ６，７の全閉によって、長
い時間、締切り状態となり、したがって乗客、乗員の呼
気などによって、車内空気が汚染し、衛生上の問題を生
じる。汚染源としては、炭酸ガスＣＯ₂ が主であり、或
る計算によれば、締切り後、３分程度で炭酸ガス濃度は
２０００ｐｐｍを超える。

【０００８】このような問題を解決する第３の先行技術
は、図２１の構成において、ダンパ６，７に、それらが
全閉とならないようにストッパを設けて構成される。あ
るいはまた他の先行技術では、アクチュエータ８，９を
サーボ化することによって、全閉前の絞った開度でダン
パ６，７を保持することができるように構成される。サ
ーボ化する構成では、ダンパ６，７の開度を検出する開
度検出器が設けられる。

【０００９】このような第３の先行技術では、たとえば
トンネル内の車両がすれ違ったときでも、換気を行いつ
つ、車外の圧力変動の車内圧力への影響、すなわち変動
を小さくすることができる。このような先行技術では、
車内圧力ができるだけ変動しないように、しかも車内空
気が汚染しないように、ダンパ６，７の絞り開度の大き
さを決める必要がある。つまり、車内圧力変動が或る許
容値以下で、かつ車内空気の汚染が許容限界内におさま
るように絞り開度の大きさを決める必要がある。さら
に、車両の気密度が経年変化の影響を受け、車両が古く
なるにつれて気密が低下することを考え合わせれば、最
適な絞りの大きさを決定することは困難である。

【００１０】前述の第１および第２の先行技術の不具合
を解決する第４の先行技術は、たとえば特開昭６３−１
９９１７０である。この先行技術では、客室に設けられ
る給気装置および排気装置の車内外を連通する通路に、
弾性体から成る邪魔板を有する圧力緩和手段を配置し、
車外の空気の衝撃圧力が到達すると、邪魔板が通路を塞
ぎ、圧力衝撃が車内に入るのを緩和するように構成され
る。

【００１１】このような第４の先行技術では、急激な圧
力変化を緩和する効果はあるけれども、比較的ゆっくり
とした車外の圧力変化に対しては、車内の圧力変化を防
ぐことはできない。つまり、弾性体から成る邪魔板に充
分な変位が与えられないような比較的ゆっくりとした車
外の圧力変化に対しては、車内外を連通する通路を閉じ
ることができないので、車外圧力は、そのまま車内圧力
に影響を与える。さらに古い車両であって気密度の低下
した車両の場合には、この弾性体から成る邪魔板は用を
なさず、車内圧力の変動を防ぐことができない。

【００１２】前述の第１〜第４の各先行技術は、車両の
速度がそれほど高速度でない場合は、或る程度は、有効
である。つまり、車両速度がたとえば２００ｋｍ／ｈ程
度以下の場合は、車外圧力変動は比較的小さく、したが
って車内圧力の変動はあまり大きくならない。しかしな
がら、近年、車両は高速度化する傾向にあり、たとえば
フランスのＴＧＶでは、５００ｋｍ／ｈを超え、日本で
も試験的に３５０ｋｍ／ｈを超えようとしている。一般
に、車外圧力の変動の大きさは、車両速度の２乗に比例
するといわれ、たとえば３５０ｋｍ／ｈの車両では、従
来の２００ｋｍ／ｈの車両の場合に比べ、その車外圧力
の変動値は、（３５０／２００）² ＝３．１倍となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の先行
技術の課題を解決するためになされたものであり、たと
えば高速度でトンネル内を走行する車両においても、車
内の空気の清浄度を維持しつつ、しかも車内圧力の変動
を抑制し、さらに車両の経年変化によって車内の気密度
が低下しても、車内圧力の変動を抑制することができる
ようにした車両用換気装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、車両の車室
に、給気通路と排気通路とを設け、給気通路には、大気
を車室に吸込む給気ファン１７を設けるとともに、給気
ファンに直列に給気弁１８を設け、排気通路には、車室
の空気を外部に排出する排気ファン１９を設けるととも
に、排気ファンに直列に排気弁２０を設け、車両の車室
内に設けられ、車内圧力を検出する車内圧力センサ２３
と、車内圧力センサ２３の出力が与えられる１次遅れ回
路２６と、車内圧力センサ２３の出力と１次遅れ回路２
６の出力との差を求める第１減算回路２９と、第１減算
回路２９の出力に応答し、その第１減算回路２９の出力
が零であるとき、最大値Ｖ３１を導出し、その第１減算
回路２９の出力が、正負の第１および第２の予め定める
値ＶＡ３１，ＶＢ３１；ＶＣ３１の第１範囲内では、そ
の第１減算回路２９の出力が零に近づくにつれて小さい
値を導出し、第１範囲外では、出力は零のままである第
１関数発生回路３１と、第１減算回路２９の出力に応答
し、その第１減算回路２９の出力が零であるとき、絶対
値が最大である負の最大値Ｖ３２を導出し、その第１減
算回路２９の出力が、正負の第３および第４の予め定め
る値ＶＡ３２，ＶＢ３２；ＶＣ３３の第２範囲内では、
その第１減算回路２９の出力が零に近づくにつれて絶対
値が小さい負の値を導出し、第２範囲外では、出力は零
のままである第２関数発生回路３２と、車内圧力センサ
２３の出力を微分する時間変化率演算回路３４と、第１
関数発生回路３１と時間変化率演算回路３４との各出力
の差を求める第２減算回路３６と、第２関数発生回路３
２と時間変化率演算回路３４との各出力の差を求める第
３減算路３７と、第２減算回路３７の出力に応答し、給
気弁１８を駆動して、時間変化率演算回路３４の出力よ
りも第１関数発生回路３１の出力が大きいとき、開度を
小さくする給気弁駆動手段３８，３９ｂ，４７と、第３
減算回路３７の出力に応答し、排気弁２０を駆動して、
時間変化率演算回路３４の出力よりも第２関数発生回路
３１の出力の絶対値が大きいとき、開度を大きくする排
気弁２０の駆動手段３９，４１，５２とを含むことを特
徴する車両用換気装置である。また本発明は、車内に
は、大気と連通する大気開放通路を設け、この大気開放
通路には、大気開放弁２２を設け、第２および第３減算
回路３６，３７の出力に応答して、給気弁１８または排
気弁２０を制御するとき、大気開放弁２２を全閉にする
手段を備えることを特徴とする。

【００１５】

【作用】車両の車室に設けられる給気通路には、給気フ
ァン１７と給気弁１８とが直列に設けられ、また車室に
設けられる排気通路１６には排気ファン１９と排気弁２
０とが直列に設けられ、車両の車室内の圧力を検出する
車内圧力センサ２３を設け、この車内圧力の時間変化
率、すなわち車内圧力の圧力変化速度を、時間変化率演
算回路３４によって演算して求め、このような車内圧力
センサ２３と時間変化率演算回路３４との各出力によっ
て、「耳つん」などの不快感を車内の人間が生じないよ
うに、給気弁１８と排気弁２０とをそれぞれ制御する。
人間が「耳つん」などの不快感を生じない支障のない域
は、人間の呼吸器系の圧力と耳が外から受ける圧力との
差が大きいときほど、車内圧力の時間変化率が小さくて
も、不快感を生じやすいことが判っている。このような
不快感を生じないように、給気弁１８と排気弁２０とが
制御される。

【００１６】さらに本発明に従えば、車室には、大気開
放弁２２が介在された大気開放通路２１を設け、給気弁
１８または排気弁２０を制御するときには、大気開放弁
２２を全閉にし、こうして車内にいる人間の不快感が生
じることを、給気弁１８と排気弁２０との動作によって
達成する。この大気開放弁２２は、給気弁１８または排
気弁２０が制御されないとき、すなわちそれらがいずれ
も全開であるときには、大気開放弁もまた全開状態とさ
れ、これによって車内外の圧力差をなくし、人間の呼吸
器系の圧力と耳が外から受ける圧力との差をなくし、し
たがって人間の呼吸器系の圧力が車外の大気圧と等しく
なるように保ち、これによって車内圧力の時間変化率が
大きく変化しても、車内の人間が不快感を生じない、い
わばマージンを大きくすることができるようになる。

【００１７】特に本発明に従えば、車内圧力センサ２３
の出力は、１次遅れ回路２６に与えられ、この１次遅れ
回路２６の出力は第１減算回路２９に与えられ、この減
算回路２９にはまた、車内圧力センサ２３の出力が与え
られ、こうして第１減算回路２９の出力が第１および第
２関数発生回路３１，３２に与えられて車内圧力センサ
２３の検出圧力に対応する車内圧力の変化率の制限範囲
が、第１および第２関数発生回路３１，３２で定めら
れ、こうして車内圧力の緩やかな変動を除去することが
できる。

【００１８】さらに本発明に従えば、車内圧力センサ２
３の出力は時間変化率演算回路３４に与えられて微分さ
れ、その時間変化率演算回路３４の出力が第２および第
３減算回路３６，３７にそれぞれ与えられて演算される
ので、車内圧力の大きな時間変化率の変動を抑制するこ
とができるようになる。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の全体の系統図で
ある。鉄道車両などの車両１３の客室１４には、給気通
路１５と排気通路１６とが接続されており、この給気通
路１５には、大気を客室１４に吸込む給気ファン１７が
設けられ、この給気ファン１７に直列に給気弁１８が設
けられる。排気通路１６には、客室１４の空気を外部に
排出する排気ファン１９が設けられ、この排気ファン１
９に直列に排気弁２０が設けられる。給気弁１８および
排気弁２０は、給気ファン１７および排気ファン１９の
上流側にそれぞれ配置されており、これによってこれら
の弁１８，２０が絞られたときにおけるファン１７，１
９の動力の増大が抑制され、省エネルギ効果が良好であ
る。

【００２０】客室１４にはまた、大気と連通する大気開
放通路２１が設けられ、この大気開放通路２１には大気
開放弁２２が介在される。これらの弁１８，２０，２２
は、ダンパなどのように、その開度を調整可能である。

【００２１】客室１４内には、その客室１４の圧力を検
出する車内圧力センサ２３が設けられる。これらの弁１
８，２０，２２は、後述の図２に示されるアクチュエー
タ４７，５２，６１によって駆動される。このアクチュ
エータ４７，５２，６１は、サーボ系を構成し、弁１
８，２０，２２の各開度を検出する検出器と、その検出
器からの出力が、開度指令信号が表す開度と一致するよ
うに、駆動するサーボ系とを含む。サーボ系には、サー
ボモータを用いてもよいけれども、コンデンサモータな
どの誘導モータを用いてもよい。モータの代りに、油圧
サーボ弁と油圧シリンダとによって、アクチュエータ４
７，５２，６１を構成してもよい。さらにまたこれらの
アクチュエータ４７，５２，６１として、プロセス制御
に用いられている空気式作動弁と、これによって弁１
８，２０，２２を駆動するポジショナとによって実現さ
れてもよい。

【００２２】図２は、図１に示される実施例の電気的構
成を示すブロック図である。車内圧力センサ２３の出力
は、１次遅れ回路２６に、ライン２７を介して与えられ
る。この１次遅れ回路２６は、伝達関数１／（１＋ＴＭ
・ｓ）を有し、ここでＴＭは時定数であり、ｓはラプラ
ス演算子である。１次遅れ回路２６は、演算増幅回路と
コンデンサと抵抗とで構成することができ、あるいはま
たコンピュータのプログラムの実行によって実現するよ
うにしてもよい。この１次遅れ回路２６は、ライン２７
から図３（１）に示される信号が入力されたとき、その
出力はライン２８に、図３（２）で示される波形を有し
て導出される。

【００２３】減算回路２９は、ライン２７を介する車内
圧力センサ２３の出力から、ライン２８を介する１次遅
れ回路２６の出力を減算して、ライン３０を介して、２
つの関数発生回路３１，３２に与える。減算回路２９
は、演算増幅回路と抵抗とを組合わせて構成してもよ
く、あるいはまたコンピュータを用いてプログラムの実
行によって実現してもよい。

【００２４】一方の関数発生回路３１は、図４に示され
る入出力特性を有する。関数発生回路３１は、入力が
零、すなわち弁１８，２２の開度が全開に対応した値で
あるとき、出力は最大値Ｖ３１を導出する。入力が正ま
たは負に偏位すると、それに比例して直線的に、出力は
小さくなり、入力がＶＡ３１を超えた範囲およびＶＢ３
１未満のときに、出力は零のままである。他方の関数発
生回路３２は、図５に示される入出力特性を有する。入
力が零であるとき、絶対値が最大である負の値Ｖ３２を
導出し、その入力が正または負に偏位すると出力の絶対
値は減少し、入力がＶＡ３２を超える範囲、およびＶＢ
３２未満の範囲では出力は零のままである。このような
関数発生回路３１，３２は、演算増幅回路と抵抗とダイ
オードとで構成することもでき、またコンピュータのプ
ログラムを実行することによって実現することも可能で
ある。

【００２５】車内圧力センサ２３からライン２７に導出
された出力は、微分機能を有する時間変化率演算回路３
４に与えられ、これによって車内圧力の時間変化率、す
なわち圧力の変化速度が演算されて求められる。このよ
うな回路３４は、プロセス制御用のＰＩＤ制御器のＤ
（微分）要素で構成することができる。アナログ式ＰＩ
Ｄ制御器の場合、Ｄ要素は、演算増幅回路と抵抗とコン
デンサとによって構成することができ、抵抗とコンデン
サとの値によって定まる或る周波数帯でのみ微分機能を
達成し、その他の周波数帯では微分機能を達成しない、
いわゆる部分微分器が構成され、このとき、微分機能が
達成される周波数帯を、本発明が実施される値が存在す
るように、抵抗とコンデンサの各値を調整すればよい。
回路３４をプログラムで実現することも可能であり、こ
のとき、タイミング時刻ｉ，ｉ−１における回路３４へ
の入力信号をｘ（ｉ），ｘ（ｉ−１）とし、その回路３
４の出力をΔｘ（ｉ）とするとき、 Δｘ（ｉ）＝ｘ（ｉ）−ｘ（ｉ−１） …（１）すなわち回路３４では、差分である出力Δｘ（ｉ）を導
出する。

【００２６】時間変化率演算回路３４の出力は係数器３
５に与えられ、その出力の大きさが調整可能である。係
数器３５は時間変化率演算回路３４の前段に設けられて
もよい。

【００２７】減算回路３６は、一方の関数発生回路３１
の出力から係数器３５を介する時間変化率演算回路３４
の出力を減算して、ＰＩ制御回路３８に与える。もう１
つの減算回路３７は、係数器３５を介する時間変化率演
算回路３４の出力から、関数発生回路３２の出力を減算
してもう１つのＰＩ制御回路８９に与える。ＰＩ制御回
路３８，８９は、入力される信号のＰ（比例）およびＩ
（積分）動作を行う。このようなＰＩ制御回路３８，８
９は、プロセス制御用として用いられるものであっても
よく、あるいはまたコンピュータのプログラムの実行に
よって実現されてもよい。

【００２８】一方のＰＩ制御回路３８の出力は、第１お
よび第２リミッタ３９ｂ，４０に与えられ、またもう１
つのＰＩ制御回路８９の出力は第３および第４リミッタ
４１，４２にそれぞれ与えられる。第１リミッタ３９ｂ
は図６（１）に示される入出力特性を有する。入力信号
が零から増大するにつれて出力が増大してゆき、その入
力信号が或る一定値Ｓ１を超えて大きくなっても、その
出力信号は上限値Ｖ３９のままである。第２リミッタ４
０は図６（２）に示される入出力特性を有し、入力が一
定値Ｓ１未満では出力は零であり、入力信号がＳ１以上
になると、それに比例して出力が増大し、上限値Ｖ４０
に至る。

【００２９】第３リミッタ４１は図７（１）に示される
入出力特性を有し、入力信号がＥ１未満では、出力は入
力信号に比例し、その出力は上限値Ｖ４１を有する。第
４リミッタ４２は図７（２）に示される入出力特性を有
し、入力信号がＥ１未満では、出力は零であり、入力信
号がＥ１以上では、出力は上限値Ｖ４２を有する。

【００３０】第１および第３リミッタ３９，４１の出力
は、アクチュエータ４７，５２に与えられ、このアクチ
ュエータ４７，５２は、入力される電圧に対応する開度
となるように、給気弁１８および排気弁２０を駆動す
る。

【００３１】第２および第４リミッタ４０，４２の出力
は、信号選択回路５６に与えられる。この信号選択回路
５６は、各リミッタ４０，４２の出力のうち、小さい方
の信号を導出してアクチュエータ６１に与える。信号選
択回路５６の具体的に構成は、図８に示されている。こ
の信号選択回路５６は、演算増幅回路６２と、ダイオー
ド６３，６４と、同一抵抗値を有する抵抗６５，６６，
６７とによって実現される。アクチュエータ６１は、入
力される電圧に対応する開度となるように、大気開放弁
２２を駆動する。

【００３２】図１〜図８に示される本発明の一実施例の
動作の説明に先立ち、図９および図１０を参照して、客
室１４内の人間の「耳つん」を起こす原因などについて
説明する。図１０に示されるように「耳つん」の現象を
起こす原因としては、図１０の横軸に示される人間の呼
吸器系の圧力と耳が外から受ける圧力との圧力差と、図
１０の縦軸に示される車内圧力の時間変化率、すなわち
圧力変化速度とが関与していることが判っている。ライ
ン６２よりも下の斜線を施した領域は、「耳つん」を感
じない支障のない域であり、ライン６２よりも右上で
は、不快感を生じる不快域である。人間の呼吸器系の圧
力と耳が外から受ける圧力との差が小さいときには、
「耳つん」を感じる圧力の時間変化率は大きく、その差
が大きくなると、「耳つん」を感じる圧力の時間変化率
は小さくなる。つまり「耳つん」を生じる現象は、圧力
の時間変化率に起因して生じるけれども、その支障のな
い域は、その圧力変化が生じる人間の呼吸器系の圧力と
外から受ける圧力との差に依存している。したがって図
９のライン６２よりも下の支障のない域に、給気弁１８
と排気弁２０とを制御して客室１４内の車内圧力を制御
する必要がある。

【００３３】図１０は、前述の図９に基づいて、関数発
生回路３１，３２の特性を説明するための図である。図
１０の横軸は客室１４の車内圧力を表し、縦軸は車内圧
力変化速度、すなわち車内圧力の時間変化率を示してい
る。ライン６３，６４は、「耳つん」の現象が生じる図
９のライン６２に対応したラインであり、本発明では不
快感を確実に生じないようにするために、関数発生回路
３１では、図１０のライン６５，６６で示される範囲に
対応して、前述の図４の特性を定め、また関数発生回路
３２ではライン６７，６８に対応して前述の図５に示さ
れる特性を定める。「耳つん」の不快感を生じさせない
ためには、ライン６５〜６８で示される領域内に車内圧
力が存在するように、弁１８，２０，３２が制御され
る。

【００３４】図１１〜図１３を参照して動作を説明す
る。図１１（１）のライン７２に示されるように車内圧
力センサ２３によって検出される圧力が正圧であって、
車内圧力が増加する方向に変化した場合を想定する。１
次遅れ回路２６の出力は図１１（１）のライン７３で示
されているとおりであり、したがって減算回路２９の出
力は図１１（２）で示されるとおりとなる。そのため関
数発生回路３１の出力波形は図１１（３）で示されると
おりとなり、もう１つの関数発生回路３２の出力波形
は、前述の関数発生回路３１の波形の上下を逆にした波
形であって図１１（４）に示されるとおりである。時間
変化率演算回路３４から係数器３５を介して導出される
波形は図１１（５）に示されるとおりである。客室１４
の車内圧力の時間変化率が正になったときには、時刻ｔ
１〜ｔ２では、給気弁１８は図１１（６）に示されるよ
うに全閉とされ、このとき排気弁２０は図１１（７）で
示されるように全開状態のままであり、さらに大気開放
弁２２は図１１（８）に示されるように全閉状態とされ
る。こうして車内圧力の上昇を防ぐために給気弁１８が
閉じられ、また大気開放弁２２が閉じられ、このとき客
室１４内の空気が炭酸ガスによって汚染されるのを防ぐ
ために排気弁２０は上述のように開かれている。

【００３５】時刻ｔ２からｔ３を経てｔ４の範囲では、
客室１４の車内圧力は下降し、このとき大気開放弁２２
が全閉、さらに排気弁２０が全閉状態とされ、こうして
車内圧力の下降が防がれ、このとき給気弁１８は開かれ
ており、客室１４の空気が汚染されることが防がれる。
このようにして車内の圧力の増加、減少が抑制され、客
室１４内の人間が「耳つん」の現象を生じる不快感の発
生が防がれる。

【００３６】また図１２に示されるように、車内圧力セ
ンサ２３によって検出される圧力の変動が前述の図１１
の場合に比べて小さいとき、その車内圧力センサ２３の
出力は図１２（１）に示されるとおりであり、減算回路
２９からライン３０に導出される出力は図１２（２）に
示されるとおりであり、これによって各関数発生回路３
１，３２から導出される波形は図１２（３）および図１
２（４）に示されるとおりである。時間変化率演算回路
３４から係数器３５を経て導出される出力は図１２
（５）に示される波形を有し、これによって給気弁１８
は図１２（６）で示されるように、排気弁２０は図１２
（７）で示されるように、また大気開放弁２２は図１２
（８）に示されるように動作する。客室１４内の圧力上
昇が僅かであるときには、図１２（６）に示されるよう
に給気弁１８は開度が小さくなるだけであって、全閉に
は至らず、また排気弁２０は図１２（７）のように開度
が絞られ、全閉には至らない。大気開放弁２２は、図１
２（８）で示されるように、これらの給気弁１８と排気
弁２０との動作中には、全閉状態に保たれたままであ
る。

【００３７】さらに図１３を参照して、車内圧力センサ
２３によって検出される客室１４の圧力が図１３（１）
に示されるように低下した場合を説明する。減算回路２
０からライン３０には図１３（２）で示される波形を有
する出力が導出され、これによって関数発生回路３１，
３２からは図１３（３）および図１３（４）にそれぞれ
示される波形を有する出力が導出される。時間変化率演
算回路３４が係数器３５を経て図１３（５）に示される
波形が導出され、これによって客室１４内の圧力が減少
するときには、給気弁１８は図１３（６）に示されるよ
うに全開のままであり、客室１４内に空気が取入れら
れ、この時刻ｔ５〜ｔ６の期間中、排気弁２０は図１３
（７）に示されるように絞られる。また時刻ｔ６〜ｔ７
で示されるように客室１４の圧力が増加方向に変化する
とき、給気弁１８は図１３（６）に示されるように絞ら
れ、排気弁２０は図１３（７）に示されるように全開と
される。給気弁１８と排気弁２０とが制御されるとき、
大気開放弁２２は図１３（８）に示されるように全閉状
態に保たれる。

【００３８】大気開放弁２２は、給気弁１８および排気
弁２０が全開の状態では、全開状態に保たれ、これによ
って客室１４内の圧力と車外の圧力との圧力差をなくす
ことができる。したがって客室１４内の車内圧力は、車
外圧力に等しくし、こうして図９に関連して述べたよう
に人間の呼吸器系の圧力と耳が外から受ける圧力との差
が小さいときに車内圧力の時間変化率が大きくても、車
内にいる人間の「耳つん」などの不快感を生じるマージ
ンを大きくするのに役立つ。

【００３９】本発明の他の実施例として、関数発生回路
３１の入出力特性を、前述の図４に示される代りに、図
１４に示される特性とし、入力がＶＣ３１以上では、出
力を零とする。またもう１つの関数発生回路３２の入出
力特性を、前述の図５の代りに図１５の特性とし、入力
が負のＶＣ３３未満のとき出力を零とする。このような
実施例によれば、客室１４の車内圧力が高い場合に、車
内圧力の時間変化率が負の方向に制御され、また客室１
４の車内圧力が低い場合は、車内圧力の時間変化率を正
の方向に制御される。これによって車内圧力は、車内圧
力の時間変化率のマージンの高い零付近に制御され、
「耳つん」の不快感を発生しにくくするようにすること
ができる。こうして特に長大トンネルや明り区間が短い
連続するトンネルを車両が高速で走行するとき、不快感
の発生を有効的に抑制することが可能になる。

【００４０】図１６は本発明の他の実施例のブロック図
である。この実施例は前述の実施例に類似し、対応する
部分には同一の参照符を付す。前述の図１〜図１５の実
施例では、給気弁１８および排気弁２０は全閉と全開と
の間の開度の調整が可能であったけれども、この実施例
では、給気弁１８ａと排気弁２０ａとは、全閉および全
開の２つの各状態のみの動作をすることができ、このこ
とは大気開放弁２２ａに関しても同様である。これらの
弁１８ａ，２０ａ，２２ａのアクチュエータ４７，５
２，６１は、ヒステリシス特性を有する信号発生回路３
９ａ，４１ａおよび８５からの出力に応答して動作され
る。信号発生回路３９ａは図１７に示される特性を有
し、給気弁１８ａが全閉状態であるとき入力信号のレベ
ルが増大し、値Ｓ１を超え、値Ｓ１１に達すると全開と
なり、一旦全開状態となった後には、入力信号がＳ１未
満になったときに、全閉状態となる。また同様にして排
気弁２０ａは、図１８に示されるように、全閉状態から
入力信号がＥ１１以上になったとき全開となり、一旦全
開となった後には、入力信号がＥ１未満となったときに
全閉状態となる。さらにまた信号発生回路８５は図１９
に示されるように、大気開放弁２２ａが全閉状態となっ
ているとき入力信号がＦ１１以上になったとき全開状態
となり、一旦全開状態となった後には入力信号がＦ１未
満となったとき全閉状態となる。このような信号発生回
路３９ａ，４１ａ，８５はディスクリート電子部品を用
いて実現することもできるけれども、コンピュータのプ
ログラムの実行によって実現してもよい。

【００４１】本発明のさらに他の実施例として、ヒステ
リシス特性を有した前述の回路３９ａ，４１ａ，８５の
各構成に代えて、入力信号が予め定める値、たとえば
（Ｓ１＋Ｓ１１）／２以上になると、給気弁１８ａが全
開するための信号を直ちに導出し、一旦、開弁状態にな
ると、入力信号が前記値（Ｓ１＋Ｓ１１）／２未満にな
った時刻からタイマで予め定めた時間経過した後、給気
弁１８ａが全閉状態となる信号を動作するように構成す
ることができる。

【００４２】このようなヒステリシス特性を有する構成
および上述のタイマを備える構成によって、給気弁１８
ａ、排気弁２０ａおよび大気開放弁２２ａの頻繁な開閉
動作が生じることが防がれるとともに、これらの弁１８
ａ，２０ａ，２２ａは全閉および全開の動作だけであっ
て、絞り開度が変化される構成ではないので、その全体
の構成を簡略化することが可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、車室に接
続される給気通路には給気ファン１７と給気弁１８とが
直列に接続され、その車室に接続される排気通路に排気
ファン１９と排気弁２０とが直列に介在され、客室など
の車室の内部の圧力は、車内圧力センサ２３によって検
出され、その車内圧力の時間変化率が演算され、こうし
て車内圧力とその時間変化率に基づいて、車内にいる人
間が不快感を生じないように、給気弁１８と排気弁２０
とが制御されるので、たとえば車両がトンネル内で高速
度ですれ違っても、その影響によって車内圧力が変動す
ることが防がれ、乗客、乗員の「耳つん」などの不快感
を起こすことが防がれる。

【００４４】さらにまた本発明によれば、上述のように
車内圧力センサ２３によって車内圧力が検出されて、給
気弁１８と排気弁２０とがそれぞれ制御されるので、車
両の経年変化によって、気密度が低下しても、車内にい
る人間の不快感の発生を防ぐことができるようになる。

【００４５】特に本発明によれば、車内圧力センサ２３
の出力は１次遅れ回路２６に与えられ、その１次遅れ回
路２６の出力を第１減算回路２９に与えるとともに、車
内圧力センサ２３の出力を第１減算回路に与え、この第
１減算回路２９の出力を第１および第２関数発生回路３
１，３２に与えるようにしたので、車内圧力の緩やかな
変動を除去することができるという優れた効果が達成さ
れる。

【００４６】さらに上述のように本発明では、時間変化
率演算回路３４に車内圧力センサ２３の出力が与えら
れ、その時間変化率演算回路３４の出力が第２および第
３減算回路３６，３７に与えられて、車内圧力の時間変
化率の検出結果が負帰還されるように構成されるので、
車内圧力の大きな時間変化率の変動を抑制することがで
きる。

【００４７】さらにまたこのような本発明による構成
は、簡単であり、安価に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体の系統図である。

【図２】本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
図である。

【図３】１次遅れ回路２６の動作を説明するための図で
ある。

【図４】関数発生回路３１の入出力特性を示す図であ
る。

【図５】関数発生回路３２の入出力特性を示すグラフで
ある。

【図６】第１および第２リミッタ３９，４０の入出力特
性を示す図である。

【図７】第３および第４リミッタ４１，４２の入出力特
性を示す図である。

【図８】信号選択回路５６の具体的な構成を示す電気回
路図である。

【図９】人間の呼吸器系の圧力と耳が外から受ける圧力
との差と、車内圧力の時間変化率とに依存して「耳つ
ん」の現象が生じない支障のない域と不快感を生じる不
快域とを示すグラフである。

【図１０】図９に示されるライン６２に基づいて関数発
生回路３１，３２の特性を説明するための図である。

【図１１】客室１４の車内圧力が大きく増加したときの
動作を説明するための波形図である。

【図１２】客室１４の車内圧力がわずかに増加したとき
の動作を説明するための波形図である。

【図１３】客室１４内の車内圧力が減少したときの動作
を説明するための波形図である。

【図１４】本発明の他の実施例の関数発生回路３１の入
出力特性を示す図である。

【図１５】本発明の他の実施例の関数発生回路３２の特
性を示す図である。

【図１６】本発明のさらに他の実施例の電気的構成を示
すブロック図である。

【図１７】信号発生回路３９ａの入出力特性を示す図で
ある。

【図１８】信号発生回路４１ａの入出力特性を示す図で
ある。

【図１９】信号発生回路８５の入出力特性を示す図であ
る。

【図２０】先行技術を示す図である。

【図２１】他の先行技術を示す図である。

【符号の説明】

１３車両１４客室１５給気通路１６排気通路１７給気ファン１８給気弁１９排気ファン２０排気弁２１大気開放通路２２大気開放弁２３車内圧力センサ２６１次遅れ回路３１，３２関数発生回路３４時間変化率演算回路３５係数回路３８，８９ＰＩ制御回路３９第１リミッタ４０第２リミッタ４１第３リミッタ４２第４リミッタ４７，５２，６１アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村史仁兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内審査官水谷万司 (56)参考文献特開平１−168560（ＪＰ，Ａ) 実開平１−142365（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の車室に、給気通路と排気通路とを
設け、給気通路には、大気を車室に吸込む給気ファン１
７を設けるとともに、給気ファンに直列に給気弁１８を
設け、排気通路には、車室の空気を外部に排出する排気
ファン１９を設けるとともに、排気ファンに直列に排気
弁２０を設け、車両の車室内に設けられ、車内圧力を検
出する車内圧力センサ２３と、車内圧力センサ２３の出
力が与えられる１次遅れ回路２６と、車内圧力センサ２
３の出力と１次遅れ回路２６の出力との差を求める第１
減算回路２９と、第１減算回路２９の出力に応答し、そ
の第１減算回路２９の出力が零であるとき、最大値Ｖ３
１を導出し、その第１減算回路２９の出力が、正負の第
１および第２の予め定める値ＶＡ３１，ＶＢ３１；ＶＣ
３１の第１範囲内では、その第１減算回路２９の出力が
零に近づくにつれて小さい値を導出し、第１範囲外で
は、出力は零のままである第１関数発生回路３１と、第
１減算回路２９の出力に応答し、その第１減算回路２９
の出力が零であるとき、絶対値が最大である負の最大値
Ｖ３２を導出し、その第１減算回路２９の出力が、正負
の第３および第４の予め定める値ＶＡ３２，ＶＢ３２；
ＶＣ３３の第２範囲内では、その第１減算回路２９の出
力が零に近づくにつれて絶対値が小さい負の値を導出
し、第２範囲外では、出力は零のままである第２関数発
生回路３２と、車内圧力センサ２３の出力を微分する時
間変化率演算回路３４と、第１関数発生回路３１と時間
変化率演算回路３４との各出力の差を求める第２減算回
路３６と、第２関数発生回路３２と時間変化率演算回路
３４との各出力の差を求める第３減算路３７と、第２減
算回路３７の出力に応答し、給気弁１８を駆動して、時
間変化率演算回路３４の出力よりも第１関数発生回路３
１の出力が大きいとき、開度を小さくする給気弁駆動手
段３８，３９ｂ，４７と、第３減算回路３７の出力に応
答し、排気弁２０を駆動して、時間変化率演算回路３４
の出力よりも第２関数発生回路３１の出力の絶対値が大
きいとき、開度を大きくする排気弁２０の駆動手段３
９，４１，５２とを含むことを特徴する車両用換気装
置。
【請求項２】車内には、大気と連通する大気開放通路
を設け、この大気開放通路には、大気開放弁２２を設
け、第２および第３減算回路３６，３７の出力に応答し
て、給気弁１８または排気弁２０を制御するとき、大気
開放弁２２を全閉にする手段を備えることを特徴とする
請求項１記載の車両用換気装置。